중앙대, 초균일 산화그래핀 박막 필름(UGTF) ‘세계 최초’ 제조 성공

김태형 교수팀, 산소 플라즈마 활용 RMS 1나노미터 미만 제어 성공

▲ (왼쪽부터) 교신저자 김태형 교수, 제1저자 김철휘 박사과정 (사진=중앙대)

[에너지경제신문 송기우 에디터] 중앙대 김태형 교수 연구팀이 산소 플라즈마를 활용해 표면 거칠기를 1나노미터 미만으로 제어한 ‘초균일 산화그래핀 박막 필름(UGTF)’을 만드는 데 성공했다. 바이오 센서, DNA 시퀀싱 등 생체의학적 적용에 더해 플렉서블 디스플레이와 폴더블 디바이스 개발 산업, 이차전지 분야 등 다방면에 활용될 것으로 기대된다.

중앙대학교(총장 박상규)는 융합공학부 김태형 교수 연구팀이 세계 최초로 산화그래핀 농축 현탁액을 이용해 제조한 산화그래핀 필름에 특정 조건의 산소 플라즈마를 활용함으로써 표면 거칠기(RMS, Root Mean Square)를 1나노미터 미만으로 제어하는 데 성공한 ‘초균일 산화그래핀(Graphene oxide) 박막 제조 기술’을 보고했다고 23일 밝혔다.

본래 산화그래핀은 현탁액 상에서 불규칙한 모양과 크기를 가지는 다각형 2차원 파편으로 존재한다. 이러한 특징 때문에 파편들을 모아 균일한 두께의 필름을 구성하는 것은 매우 어려운 일이다. 2차원 물질 초박막 코팅에 가장 유리하다고 알려진 CVD(Chemical Vapor Deposition) 기술을 이용해 제작한 대면적 그래핀 필름도 RMS를 0.5나노미터 미만으로 제어한 사례는 찾아보기 힘들 정도다.

김 교수 연구팀은 산화그래핀 현탁액에 대한 전열처리를 통해 커피링 효과(Coffee-ring effect)가 억제된 필름을 제조했다. 여기에 기체 농도와 전력이 제어된 새로운 형태의 산소 플라즈마(LOLP, Low Oxygen concentration/Low electrical power Plasma)를 처리함으로써 산화그래핀 파편을 잘게 쪼개 ‘초균일 산화그래핀 박막 필름(UGTF, extremely Uniform Graphene oxide Thin Film)’을 완성했다.

연구팀이 개발한 UGTF의 특징은 매우 균일한 표면을 가진다는 데 있다. UGTF는 0.52나노미터 정도의 RMS를 보였으며, 제조 과정이나 조건에 따라 5에서 10나노미터까지 두께를 조절할 수도 있다.

김태형 교수는 "UGTF는 흔히 사용되는 현탁액 상태의 산화그래핀을 기반으로 제작이 가능해 MoS2, WS2와 같은 다양한 종류의 2차원 물질에도 적용할 수 있다. 2차원 물질을 기반으로 한 생체의학적 적용과 에너지, 전기전자 분양에 다양하게 활용될 것으로 기대한다"고 전했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부의 바이오의료기술 개발사업, 신진연구자 지원사업, 기초연구실 지원사업을 통해 진행됐다. 김태형 교수 연구실의 김철휘 박사과정 학생이 제1저자, 김태형 교수가 교신저자로 참여했으며, 융합공학부의 손형빈 교수, 최윤 학생, 권민경 학생, 한유중 나노베이스 연구원, Zhengtang Luo 홍콩과기대 교수도 동참했다.

연구 성과에 대한 자세한 내용은 인용 지수(Impact Factor) 13.28을 기록한 재료 분야의 세계적 학술지 Small에 9월 12일 온라인 게재된 ‘Extremely Uniform Graphene Oxide Thin Film as a Universal Platform for One-Step Biomaterial Patterning(초균일 산화그래핀 박막 제조 기술과 이의 생체의학적 적용)’ 논문을 통해 확인 가능하다.

박상규 중앙대 총장은 "재정지원사업을 통해 수행된 연구들이 뛰어난 성과를 연이어 내놓으며 대학 전반의 연구력 향상에 큰 보탬이 되고 있다. 과학기술 경쟁력에 기여하는 연구 성과들이 꾸준히 나올 수 있도록 노력과 지원을 계속 이어나갈 계획"이라고 말했다.

▲ UGTF(초균일 산화그래핀 박막 필름) 제조 과정 개요 (이미지=중앙대)